전기 기초 이론 Ⅰ.전기의 본질 Ⅱ.직류 회로의 성질 Ⅲ.전류의 열 작용과 화학작용 Ⅳ.자기의 성질과 전류에 의한 자장.

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1 전기 기초 이론 Ⅰ.전기의 본질 Ⅱ.직류 회로의 성질 Ⅲ.전류의 열 작용과 화학작용 Ⅳ.자기의 성질과 전류에 의한 자장

2 1.물질과 전기 전기는 우리들의 일상 생활에서 뿐만 아니라, 모든 산업에 있어 널리 이용되고 있다는 것은 알려진 사실이다. 전기란 무엇인가에 대해서는 옛날부터 여러 학자에 의하여 연구되어 온 결과, 오늘날 전기의 본질을 다음과 같이 설명하고 있다. 모든 물질은 매우 작은 분자 또는 원자의 집합으로 되어 있으며, 이들 원자는 양전기를 가진 원자핵(atomic nucleus)과 음전기를 가진 전자(electron)라는 미립자(微粒子)로 구성되고, 원자핵을 둘러싸고 있는 전자의 수로 서로 다른 원자가 된다. 그리고, 원자는 마치 태양 주위를 지구가 돌고 있는 것과 같이, 원자핵을 중심으로 하여 그림 1-1과 같이 몇 개의 전자가 일정한 궤도 위에서 자전하면서 돌고 있다. 이중에서 수소원자는 가장 간단한 결합이며, 그림1-2와 같이 단순히 원자핵과 1개의 전자로 구성되어 있다. 이러한 수소의 원자핵을 양자(proton)라 한다. 그러나, 다른 원자핵의 구조는 수소와 같이 간단한 것이 아니며, 그림 1-2의 (b), (c)와 같이 바깥쪽을 돌고 있는 전자와 같은 수의 양자와 전기를 전혀 가지지 않은 중성자(neutron)로 구성되어 있다.

3 ※전자와 양자의 성질 여기서 전기학을 배우는 데 가장 중요한 양자와 전자에 대해서만 설명하기로 한다.
현재로는 전자와 양자에 관하여 다음의 성질이 알려져 있다. ①양자는 양(+)전기, 전자는 음(-)전기를 가지고 있으며, 같은 종류의 전기를 가진 것은 서로 반발하고, 다른 종류의 전기를 가진 것은 서로 흡입한다. ②전자의 질량은 매우 적으며 ×10-31[kg]이고, 양자는 전자보다는 매우 무겁고 ×10-27[kg]이며, 전자의 약 1840배가 된다. ③1개의 전자와 양자가 가지는 음전기와 양전기의 양의 절대값은 같으며 ×10-19[C]이다. 이와 같이, 양자와 전자를 가진 모든 물질은 같은 수의 전자와 양자를 가지고 있으므로 서로 중화되어, 외부에는 전기의 성질을 나타내지 않는 중성(neutral) 상태에 있다. 그리고 , 금속의 경우는 원자핵을 돌고 있는 전자 중에서 가장 바깥쪽 궤도를 돌고 있는 전자는 원자핵과의 결합이 약하므로, 이들 전자는 원자핵을 떠나서 물질 안에서 자유로이 움직이는 성질이 있다. 이와 같은 전자를 자유전자(free electron)라고 한다. 전기의 여러 가지 현상은 거의 이들 자유 전자의 작용에 의한 것이며, 온도가 높아지면 물질 중의 자유전자의 운동이 활발해진다는 것도 잘 알려져 있는 사실이다.

4 2.전기의 발생 앞에서, 물질은 보통의 상태에서는 중성이라는 것을 알았다. 그림1-3의 (a)는 양전기를 가진 원자핵과 음전기를 가진 전자가 견고하게 결합하여 중성 상태에 있는 것을 나타낸 것이다. 그러나, 물질 중의 자유전자는 쉽게 움직일 수 있는 성질이 있으므로, 어떤 원인으로 그림 (b)와 같이 자유전자가 물질 밖으로 나가면 물질 속에서는 양전기가 음전기보다 많아져서 물질은 양전기를 가지게 된다. 또, 그림 (c )와 같이 밖에서 자유전자가 들어오면 음전기가 많아져서 음전기를 가지게 되는 것이다. 이와 같이, 물질이 여분의 양전기나 음전기를 가지게 된 것을, 그물질이 양(＋)이나 또는 음(－)으로 대전(electrification)되었다고 한다. 3.전하와 전기량 물질의 마찰 등에 의하여 물질에 대전된 전기를 전하(electric charge)라 한다. 그리고, 전하가 가지고 있는 전기의 양을 전기량(quantity of electricity)이라 한다. 전기량의 단위로는 쿠울롬(coulomb, [C])을 사용하며, 1개의 전자는 ×10-19[C]의 음의 전기량을 가지므로, 1[C]은 1÷( ×10-19≒0.624×1019 개의 전자의 과부족으로 생기는 전하의 전기량이라고 말할 수 있다.

5 Ⅱ.직류 회로의 성질 1.직류회로의 전압과 전류 1)전류
그림 2-1과 같이, 양전하를 가진 물질 A와 음전하를 가진 물질 B를 금속선 C를 직접 연결하면, 두 전하 사이의 흡인력으로 B의 음전하(자유전자)는 A의 양전하에 끌리어 금속선 C를 통하여 이동하고 중화한다. 즉, B에서 A로 향해 전자의 흐름이 생긴다. 이 때, 금속선에 전류(electric current)가 흘렸다고 한다. 금속선을 전지의 두 전극 사이에 연결하여도 자유전자가 전지의 음극에서 양극으로 향하여 이동하고, 전자의 계속적인 흐름이 생겨 전류가 흐른다. 전류의 흐르는 방향은 습관상 양전하가 이동하는 방향으로 정하므로, 전자가 이동하는 방향과는 반대가 된다. 전류의 단위로는 암페어(ampere,[A])를 사용하며, 그 크기는 1[sec] 동안에 얼마만큼의 전기량이 이동했는가에 따라 정해진다. 만일, 어떤 도체를 t[sec] 동안에 Q[C]의 전기량이 이동하면, 이 때 흐르는 전류 I[A]는 전기량Q[C]을 t[sec]를 나눈값이 된다. 즉, I=Q/t, Q=It 이다. 따라서, 1[sec] 동안에 1[C]의 전기량이 이동하면 1[A]의 전류가 흐르는 것이 된다.

6 2)직류와 교류 우리들이 실제로 이용하고 있는 전류에는 그림 2-2의 (a)와 같이 크기와 방향이 향상 일정한 직류(DC: direct current)와 그림(b)와 같이 시간에 따라 크기와 방향이 주기적으로 변하는 교류(AC: alternating current)가 있다. 그림(b)는 교류 중에서 가장 대표적인 사인파 교류의 파형이다.

7 3)도체와 절연체 그리고 반도체 그림 2-1의 경우, 금속선을 빼고 A, B 두 전하를 공기 중에 두거나, 또는 이들 사이를 에보나이트나 비닐 막대로 연결하면 두 전하는 오랫동안 변화하지 않고, 전류는 거의 흐르지 않는다. 이것은 금속선은 전하를 통하게 하지만 공기나 비닐 등은 전하를 통하지 못하기 때문이다. 금속과 같이 전하가 통하기 쉬운 물질을 도체(conductor), 공기나 비닐과 같이 전하가 통하기 힘든 물질을 부도체(non-conductor) 또는 절연체(insulator)라 한다. 예를 들면, 금속, 염류, 산류, 알카리류의 수용액이나 인체 등은 도체이고, 공기,에보나이트, 유리 고무, 비닐 등은 절연체이다. 그리고, 셀렌, 게르마늄, 규소 등은 저온에서는 전류가 흐르기 힘들어 절연체와 같지만, 온도가 높아지면 전류가 흐르기 쉽게 되어 도체와 절연체의 중간적 성질을 가지므로 반도체(semi-conductor)라 한다.

8 4)전압과 전류 그림 2-3과 같이 수위에 차가 있으면 물은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다. 수위가 높은 물은 큰 위치 에너지를 가지고 있어, 물이 수로를 통하여 흐를 때 이것이 속도와 압력의 에너지로 변환하고, 수로의 도중에 수차가 있으면 이것을 돌리는 일을 한다. 전하의 흐름인 전류에 대해서도 위의 물의 경우와 같은 생각을 할 수 있다. 즉, 그림 2-4와 같이 양전하를 가진 물체 A와 음전하를 가진 물체 B를 도체로 연결하면 A에서 B로 향하여 전류가 흐른다. 이 때, 물의 경우의 수위와 같은 전위(electric potential)를 정의하여 전류는 전위가 높은 A에서 전위가 낮은 B 쪽으로 흐른다고 생각한다. 그리고, A와 B의 전위의 차를 전위차(electric potential difference), 또는 전압(voltage)이라 한다. 그러므로, 전류는 전위차에 의하여 전위가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 흐르는 것이다. 지금, 어떤 도체에 Q[C]의 전기량이 이동하여 W[J]의 일을 했다면, 이때의 전위차 V는 V=W/Q[V]이다. 이 때, 전위차를 만들어 주는 힘을 기전력(electromotive force, emf)이라 한다. 기전력의 크기는 기전력에 의하여 만들어지는 전위차, 즉 전압으로 표시한다. 전위, 전위차, 기전력, 전압의 단위는 볼트(volt, [V])를 사용한다.

9 5)전원과 부하 전지와 같이 계속해서 기전력을 가지고 있어 전류를 흘리는 원동력이 되는 것을 전원(power source)이라 한다. 전원에는 전지 외에 발전기도 있다. 전지는 그림 2-6의 (a)와 같은 기호로 표시하며, 그림 (b)와 같이 긴 선이 +, 짧은 선이 –극이며, ←표는 기전력 E의 방향을 표시한다. 그림 2-7과 같이 전지에 전선을 통하여 전구를 연결하면 전류가 계속해서 흐르고 전구는 빛을 낸다. 이와 같이, 전원에서 전기를 공급받아 어떤 일을 하는 전구와 같은 것을 부하(load)라 한다. 이 때, 전류는 전지의 +에서 흘러 나와 부하를 지나서 전지의 –에 들어가며, 전지 속에서는 +에서 –쪽으로 계속 전자가 이동한다. 이렇게 그림 2-7과 같이 전원과 부하를 연결하는 도체로 전류의 통로를 만든 것을 전기회로(electric circuit) 또는 회로라 한다.

10 6)오옴의 법칙 물이 수도관을 흐르는 경우, 관의 모양이나 굵기에 따라서 흐름의 속도나 상태가 달라진다. 전기의 경우에도 도체의 재질이나 굵기, 길이 등에 따라서 전류가 달라진다. 이와 같이, 도체에는 전류의 흐름을 방해하는 작용을 하는 것이 있는데, 이것을 전기저항(electric resistance) 또는 저항이라 하고 단위는 오옴(ohm, [Ω])을 사용한다. 일반적으로 R[Ω]의 저항에 V[V]의 전압을 가하였을 때 I[A]의 전류가 흘렸다면 다음의 관계가 성립한다.(오옴의 법칙(Ohm’s law)이다) R=V/I , V=IR , I=V/R

11 7)전원의 단자 전압과 전압강하 발전기나 전지 등의 전원은 내부에 작은 저항을 가지고 있다. 이와 같은 저항을 전원의 내부저항(internal resistance)이라 한다. 즉, 그림의 전원의 r의 내부 저항이다. 이 내부 저항에 의해서 전지는 자연방전을 한다. 단자전압(terminal voltage)은 측정할 경우에 전압으로 확인을 한다. 이 때, 양단자(그림의 a와 b)를 측정을 하면 전원(전지)의 단자전압이 되고, 그림의 c와 d는 저항 R에 의해 전압강하로 인하여 부하에는 단자전압이 낮게 걸린다. 이렇게 양단을 측정했을 때의 전압이 단자 전압이다. 즉, 일상적으로 전압을 측정 시에 그 양단의 단자 전압이 된다. 전압강하(voltage drop)는 그림의 Vab의 측정값과 Vcd의 측정값이 다르다. 전원의 단자전압은 부하저항R에 의하여 소모되고 나머지 전압이 걸린다. 이 때, 부하저항 R에 의해 전압강하가 생겼다고 한다.

12 <키르히호프의 제2법칙> :전압
8)키르히호프의 법칙 <키르히호프의 제1법칙> :전류 전류에는 연속성이 있으므로, 회로의 어떤 점에 유입한 전류는 당연히 그 점에 유출한 전류와 같아야 한다. 따라서, “회로망 중의 어떤 접속 점에서는 그 점에 유입한 전류의 총합과 유출한 전류의 총합과는 같다.” <키르히호프의 제2법칙> :전압 회로망 중의 어떤 전위를 가진 점을 기점으로 하여 임의의 폐로를 한 번 돌아서 기점으로 되돌아온 경우, 도중에 전위 상승이나 강하가 있다고 하더라도 한 바퀴 돈 다음에는 원래의 전위를 가진 점에 되돌아온다. 즉, 도중의 전위 상승과 강하는 같으며 서로 지워져서 0이 된다. 따라서, “회로망 중의 임의의 폐로를 일정한 발향으로 한 바퀴 돌 때, 회로의 각 부분의 기전력의 대수합과 전압강하의 대수합과는 서로 같다.”

13 9)전기 저항 <고유저항> 일반적으로 물질마다 그 물질에 고유한 전기 저항을 가지고 있으며, 같은 물질에 있어서도 그 모양에 따라 저항값이 달라진다. 그림의 (a)와 같이 5[Ω]의 저항값을 가진 같은 물체 2개를 직렬로 접속하면 그 저항값은 10[Ω]이 되므로, 저항은 물체의 길이에 비례한다. 또, 그림 (b)와 같이 같은 물체 2개를 병렬로 접속하면 그 저항값은 2.5[Ω]이 되므로, 저항은 물체의 단면적에 비례한다. 따라서, 길이 L[m],단면적 A[m²]의 물체 저항을 R[Ω]이라 하면 R∞L/A 이다. 그러므로, 비례상수를 ρ라 하면 다음과 같다. R=ρL/A ρ는 길이 1[m], 단면적 1[m²]의 물체 저항을 나타내고 있으며, 물질에 따라 정해진 값이 된다. 이 ρ를 물질의 고유저항(specific resistance or resistivity) 이라한다. 단위는 [Ωm]이며, 몇 가지의 금속의 고유저항(20℃에서 ×10-8[Ωm])은 다음과 같다. 은(Ag) 1.62, 구리(Cu) 1.69, 경동 1.77, 알루미늄(Al) 2.62, 금(Au) 2.40, 텅스텐(W) 5.48, 황동(Cu+Zn) 2~6, 니켈(Ni) 6.9,백금(Pt) 10.5, 철(Fe) 10.0, 주철 75~100, 탄소(C) 3,500~7,500 등이다.

14 10)특수 저항 <절연저항> <접지저항>
절연물은 부도체이며 전류를 흘리지 않는 것이며, 절연물의 표면 또는 내부를 통하여 전류가 흐를 때가 있다. 이와 같은 전류를 누설전류(leakage current)라 한다. 이 때, 전압 V[V]일 때 누설전류 I[A]가 흘렀다면, 절연물의 저항 R[Ω]은 R=V/I 이다. 여기서, R을 절연저항(insulation resistance)이고, 단위는 [MΩ]으로 표시한다. <접지저항> 전기회로의 한 끝에 구리판이나 금속관을 접속하여 땅에 묻는 것을 접지(earth)한다. 전기 기기의 외함 등을 접지하면, 만일 절연이 나빠져서 전류가 누설되어도 감전 사고의 위험성이 적어진다. 접지에 사용되는 구리판이나 금속관을 접지 전극이라 하고, 접지 전극과 대지 사이의 저항을 접지 저항(earthing resistance)이라 한다. 또, 누전이라 하는 것은 전선의 절연이 파괴된 부분이 빗물 받이 등에 접촉하여 전류가 흐르는 경우이며, 감전이나 화재의 원인이 된다. 이와 같이, 접지되어서는 안 될 부분이 접지되는 것을 지락(ground)이라 한다. <접촉저항> 도체와 도체가 접촉하고 있으면 그 접촉된 부분에 저항이 있게 된다. 접촉된 부분에 전류가 흐르게 되면, 대체로 그 부분에 전압 강하가 생기고 열이 나게 되므로, 그 부분에 저항이 있음을 알 수가 있다. 이것을 접촉 저항(contact resistance)이라 하는데, 그 값은 접촉 부분의 면적, 도체의 종류, 압력, 접촉면의 녹슨 상태, 오염 등에 따라 다르다. 그리고 접촉부를 흐르는 전류가 크면 클수록 저항값이 작아지는 것이 보통이다. 접촉이 불충분하여 접촉저항이 크게 되면, 그 부분을 전류가 흐를 때 때로는 과열하여 사고의 원인이 되므로, 항상 접촉 저항이 작도록 해야 한다.

15 11)콘덴서와 정전용량 두 금속판 사이에 유전체를 사이에 두고 전압을 가하면 전하가 이동하여 이들 금속판에 전하가 축적되는 것을 알 수가 있다. 이와 같이 전하를 축적하기 위하여 만들어진 것을 콘덴서(condenser)라고 한다. 콘덴서에 전하를 축적 시키는 것을 충전(charge)라고 하고, 콘덴서에 축적된 전하를 방출해 버리는 것을 방전(discharge)이라고 한다. <정전용량> 콘덴서가 전하를 축적할 수 있는 능력을 정전 용량(electrostatic capacity)라고 한다. 단위는 패럿(farad, [F])을 사용한다. 즉, 1[V]의 전압을 가하여 1[C]의 전하를 축적하는 콘덴서의 용량은 1[F]이다. Q = CV, C= 4πεr : 비례 상수이다. 실용상 [F] 단위는 지나치게 크므로 마이크로패럿(microfarad, [μF])과 피코패럿(picofarad, [pF]의 보조 단위가 많이 쓰이며, 다음과 같은 관계가 있다. 1[μF]= 10-6[F], [pF]=10-12[F] <병렬접속> 콘덴서 C1,C2,C3를 병렬로 접속하면 합성 정전용량은 C= C1 + C2 + C3 로 용량은 늘어난다. 금속판 유전체

16 Ⅲ.전류의 열작용과 화학 작용 1.전류의 열작용 1)전력,전력량,효율
전기 기기나 장치에 전압을 가하여 전류를 흘리면 전기에너지가 발생하여 여러 가지 일을 한다. 이와 같은 전기가 하는 일은 앞에서 배운 전압의 정의에서 다음과 같이 된다. “ 1[V]의 전압을 가하여 1[C]의 전하가 이동할 때 1[J]의 일을 한다.” 따라서, V[V]의 전압을 가하여 Q[C]의 전하가 이동하면 VQ[J]의 일을 한다. 전류 I[A]가 t[sec] 동안 흐르면 전하는 Q=It[C]이 되므로 전기 에너지는 다음과 같이 된다. 전기에너지 VQ= V It[J] (1)전력 전기 에너지에 의한 일의 속도를 1[sec] 동안의 전기 에너지로 표시하여 이것을 전력(electric power) 이라 하고, 와트(watt, [W])라는 단위로 표시한다. 즉, 1[W]는 1[sec]동안에 1[J]의 비율로 일을 하는 속도이다. 따라서, 1[W]는 [J/sec]과 같은 단위이다. V[V]의 전압을 가하여 I[A]의 전류가 t[sec] 동안 흘러서 Q[C]의 전하가 이동하였을 때의 전력 P는, I=Q/t 이므로 다음과 같이 된다. P=VQ/t = VI [W] 또, 우측 그림과 같이 R[Ω]의 저항에 V[V]의 전압을 가하였을 때 I[A]의 전류가 흘렀다고 하면 V=RI, I=V/R이므로, 전력 P는 P = VI = I2 R = V2 / R [W] 으로 표시하여도 된다. 그리고 매우 적은 전력은 [ mW], 큰 전력은 [ kW], [ MW]의 보조 단위로 표시된다. 전동기와 같은 기계 동력의 단위로 사용되는 마력(horse power, [hP ])과 와트 사이에는 다음 의 관계가 있다 [hP ]= 746[W] ≒ 3/4 [kW]

17 2)전력량 전기에너지를 특히 전력량이라고 한다. 따라서, 전력량의 식은 W=V It = Pt 가 된다. 즉, 전압 V[V]에서 I[A]를 t[sec] 동안 흘릴 때의 전력량 P는 전력에 시간을 곱한 것이 된다. 전력량의 단위는 보통 [J] 보다는 [W·sec]를 사용하나, 실용적으로는 와트시(watt-hour,[Wh]) 또는 킬로와트시(kilowatt-hour,[kWh]) 등의 큰 단위로 표시하는데, 이들 사이의 관계는 다음 과 같습니다. 1 [kWh] = 103[W] = 3.6×106[J] 3)효율 우측 그림과 같이 기전력 E[V], 내부저항 r[Ω]의 전원에서 R[Ω]의 저항에 전력을 공급하는 경우, 부하의 단자 전압을 V[V]라 하면 그림에서 E = V+ r I의 관계가 있으므로, 이 식의 양변에 I[A]를 곱하면 다음과 같이 된다. EI = VI+ r I2 P0 = P + r I2 여기서, P0 = EI 는 전원에서 공급하는 전력이고, P = VI는 부하전력(전원의 출력)이다. 이 때, r I2만큼 적은 전력 P가 되어 공급된다. 이 때, 전원 내부에서 소비되는 전력이며, 이것을 손실 전력이라 한다. 일반적으로 손실이 있으므로, 공급된 에너지(입력)에 대하여 유효하게 사용되는 에너지(출력) 는 항상 적은 것이 보통이다. 이때, 에너지가 유효하게 사용되는 비율을 효율(efficiency)이라 한다. 즉, 효율은 다음과 같이 표시된다. 전원에서 저항 R에 전력을 공급할 때의 효율은 P/P0 이다. 이것을 퍼센트로 표시하면 P/P0×100[%]가 된다.

18 4)주울의 법칙 5)전선의 안전전류(허용전류)
R[Ω]의 저항에 I[A]의 전류를 t[sec] 동안 흘릴 때, 저항 중에서 소비되는 전기량, 즉 전기 에너지 는 W = Pt = RI2t[J]로 표시되며, 이 저항에서 소비되는 에너지는 전부 열에너지로 바뀐다는 것이 주울(Joule, James Prescott, 1818~1889)에 의하여 실험적으로 확인되었다. 이것을 주울의 법칙 (Joule’s law)이라 하고, 이 때 발생되는 열을 주울열 또는 저항열이라 한다. 열량의 단위로는 공업적으로는 단위[J]를 그대로 쓰는 경우도 있으나, 대개 칼로리(calorie,[cal]) 라는 단위를 사용한다. 1[cal]의 열량은 [J]에 상당하므로, 전기 에너지에 의한 발생 열량 은 다음과 같다. H = RI2t / ≒ 0.24 RI2t [cal] 예) 어떤 저항에서 1[kWh]의 전력량을 소비시켰을 때 발생하는 열량은 860[kcal]이다. 1 [kWh]=1000[Wh]=3600×1000=3.6×106 열량=0.24×3.6×106 ≒ 0.86×106=860[kcal] 5)전선의 안전전류(허용전류) 우측 그림과 같이 전류 I1일 때에는 일정한 온도 T2까지 올라가서 멈춘다. 만일, 같은 도체에 I1보다 큰 I2의 전류가 흐르면 그림과 같이 T1보다 높은 온도 T2까지 올라간다. 이 때, 이온도가 일정한 한도를 넘으면 절연 전선이나 전기기기 등의 절연물이 녹거나 변질 되어 전선을 열화 시키므로 도체에는 안전하게 흘릴 수 있는 최대 전류가 있다. 이 전류를 안전전류(허용전류)라고 한다. 도체에 한정된 전류 이상의 전류가 흐르면 전선이나 기기의 수명이 짧아지고, 경우에 따라서는 화재의 위험도 생긴다. 그러므로, 도체는 안전전류 이하의 전류를 사용하여야 한다. 절연 전선의 안전전류의 표는 다음과 같다.

19 5)전선의 안전전류(허용전류) 6)제어벡 효과
도체에 전류가 흐르면 열이 발생한다는 것과 반대로 여기에 열을 가하면 전류가 흐른다는 사실을 알게 되었다. 즉, 두 종류의 금속, 비스무트(Bi)와 안티몬(Sb)를 접속하여 두 접점을 다른 온도로 유지하면 1[℃]의 온도차로써 약 0.12[mV] 의 기전력이 발생하고, 고온의 접점 비스무트에서 안티몬의 방향으로 전류가 흐른다. 이 현상을 제어벡 효과(Seebeck effect)라 한다. 이것을 이용하여 온도계나 전류계,전압계 등을 만들 수 있다. 7)펠티어 효과 제어벡 효과와 반대로, 두 종류의 금속의 접합부에 전류를 흘리면 전류의 방향에 따라 주울열이 아닌 열의 발생 또는 흡수 현상이 발생한다. 구리와 콘스탄탄의 접합부에 구리에서 콘스탄탄의 방향으로 전류를 흘리면 열이 발생하고, 반대 방향으로 전류를 흘리면 열을 흡수한다. 이런 현상을 펠티어 효과라고 한다. 전자 냉동기의 원리이다.

20 2차 전지는 다른 전원에서 전기 에너지를 주입하여 충전(charge)하면 몇 번이라도 전류를 흘러
2.전류의 화학 작용 전해액은 순수한 물은 저항이 매우 크므로 전류가 흐르기 힘들다. 그러나 물에 황산이나 소금을 넣은 수용액을 만들어, 그 속에 음(-), 양(+) 두 전극을 넣고 직류 전원을 공급하면 전류가 쉽게 흐른다. 이 때 물의 전기 분해 현상이 발생한다. 이와 같이 전류가 쉽게 흐르면 화학적 변화가 생기 는 수용액을 전해액((electrolyte)이라 한다. 이렇게 전해액에 전류가 흘러서 전해액을 화학적으로 분해하는 현상을 전기 분해(electrolysis) 라고 한다. 전기분해의 응용은 물의 전기분해, 알칼리 전해, 전기도금, 전주법, 전해연마, 전해정련 등이 있다. 1)전지 물질에 화학 변화가 생길 때의 에너지, 빛,열 등의 물리적 에너지를 직접 전기 에너지로 바꾸는 장치를 전지라 한다. 이러한 전지 중에서 반응이 가역적이 아니며 재생할 수 없는 것을 1차 전지(primary cell)라 하고, 외부에서 전기 에너지를 주면 반응이 가역적이 되는 것을 2차 전지(secondary cell)라 한다. 2)2차 전지 2차 전지는 다른 전원에서 전기 에너지를 주입하여 충전(charge)하면 몇 번이라도 전류를 흘러 방전(discharge)할 수 있는 전지이며, 이것을 축전지(storage battery)라고 한다. 축전지는 가장 많이 쓰이는 납 축전지와 알칼리 축전지가 있다. 3)알칼리 축전지 수산화칼슘을 전해액으로 사용하므로 알칼리 축전지라고 한다. 납 축전지와는 달리 납을 쓰지 않으므로 가볍고 견고하며 수명이 길지만 값이 비싼 것이 결점이다.

21 4)납 축전지 우측 그림과 같이, 전해액으로 비중 1.2~1.3정도의 묽은 황산 을 쓰고, 이산화 납(Pb2)을 양극, 납(Pb)을 음극으로 하고 화학 에너지를 저장하고 있는 것이 납 축전지이다. 이 축전지에서는 방전함에 따라 음극, 양극 다같이 황산 납으로 변화하고 기전력 도 떨어진다. 그러나 충전하면 다시 기전력이 회복된다. 이러한 가역 변화를 식으로 나타내면 다음과 같다. 납 축전지의 기전력은 사용 중에 약 2.1[V] 정도이며, 충.방전을 할 때 전압의 변화를 나타내면 우측의 그림과 같다. 그림과 같이 방전하면 기전력이 낮아져 약1.75[V]가 되면 급격히 전압이 떨어진다. 이 때를 방전의 한계로 정하여 충분히 충전한 다음, 이 한계에 도달할 때까지 방전한 전기량(전류×시간)으로 전지의 용량([Ah])을 표시하기로 되어 있다. 일정한 전류 I[A]로 t 시간 방전시켜 한계에 도달하였다 면 전지의 용량은 다음과 같다. 전지의 용량= It [Ah] 전지는 방전전류의 크기에 따라서 유효 사용 시간에 차이가 생기므로, 일정한 전류로 방전하여 10시간 사용으로 한계에 도달한 경우를 용량의 표준으로 정하여, 이것을 10시간 방전율이라 한다.

22 5)BATTERY 점검

23 6)BATTERY 관리요령